ABS塑料玩具中双酚A在人体模拟液中迁移规律的研究方法与流程

本发明涉及abs塑料玩具中双酚a迁移规律的研究领域，特别涉及abs塑料玩具中双酚a在人体模拟液中迁移规律的研究方法。

背景技术：

双酚a作为良好的塑料添加剂，广泛用于塑料玩具、奶瓶、水瓶以及其他数百种日用品的制造过程中。双酚a属于“环境激素”，近年来，美国、加拿大、欧盟等发达国家和地区陆续认定双酚a为有毒化学物质，并对儿童用品、食品包装、饮料容器等纷纷制订了双酚a限量标准，甚至对某些儿童用品完全禁用双酚a。2016年11月14日，欧盟玩具安全委员会的会议上，成员国表决通过了欧盟委员会提议的玩具安全指令中双酚a限量的调整提案，主要是针对三岁以下的儿童玩具中的双酚a，将限量从原来的0.1mg/l调整至0.01mg/l。此次欧盟再次提出大幅降低玩具中双酚a迁移量，是对“史上最严”玩具指令的再升级，将对我国玩具出口造成重大影响。塑料玩具中双酚a的迁移量受材料的表面积大小、体液种类、体液体积、迁移时间等因素的影响。双酚a有可蓄积性，随着儿童接触含有双酚a塑料玩具时间越长，儿童体内所蓄积的双酚a越多，但是塑料玩具中双酚a的迁移量是会随着接触时间的增加而达到平衡，此时的迁移量就是该款塑料玩具的双酚a的总迁移量。

但现有技术中，检测塑料玩具中双酚a的迁移量时，往往是需要通过无限次的实验，耗费几十至几百小时不等的时间才能检测出来，耗时费力，使玩具进出口的检测能力低下。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种检测效率高、省时省力且准确率高的abs塑料玩具中双酚a在人体模拟液中迁移规律的研究方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种abs塑料玩具中双酚a在人体模拟液中迁移规律的研究方法，包括以下步骤：

(1)配制人体模拟液：包括配制模拟汗液和模拟唾液；

(2)配制双酚a标准储备液，并将双酚a标准储备液用甲醇逐级稀释成不同浓度的储备液，分别加入到混合模拟唾液和汗液中，按照固相萃取条件将提取液净化后用甲醇定容，采用液相色谱-串联质谱方测定双酚a的回收率，并建立标准回收工作曲线；

(3)准备abs塑料中双酚a标准样品，将标准样品放入带盖样品瓶中，并加入所述模拟汗液或模拟唾液，于37±2℃水浴下振荡，迁移时间10min～140h，按照固相萃取条件将提取液净化后用甲醇定容，采用液相色谱-串联质谱检测方法测定双酚a的迁移量；

(4)结合fick第二定律、扩散系数方程以及分配系数方程，通过设定不同的实验模拟条件，基于步骤(3)测得的迁移量，获得abs塑料中双酚a在人体模拟液中的迁移规律模型：扩散系数d和分配系数kp/f；

(5)通过步骤(4)获得的扩散系数d和分配系数kp/f，在已知双酚a的总含量情况下，即能预测出相平衡时双酚a的迁移规律：最大迁移量和相平衡时间。

作为上述技术方案的进一步改进：

优选的，所述步骤(4)的具体分析方法为：

(41)用fick第二定律的偏微分方程描述迁移物的迁移过程，即方程(1)：

式中：c是迁移物在时间t和位置x的迁移量；d是迁移物在聚合物中的扩散系数，单位为cm²/s；

(42)用方程(1)的解以及扩散系数方程(2)来描述聚合物中迁移物的迁移：

式中：mf,t为t时刻迁移物进入模拟液的迁移量，单位为mg；mf,l为整个迁移过程中迁移物进入模拟液的迁移量，单位为mg；lp为聚合物的厚度，单位为cm；

对于短时间迁移，ierfc[nlp/(dt)^0.5]→0，即模拟液初始时刻不含迁移物，mf,l＝mp,0，mp,0为聚合物中迁移物的初始含量，所以方程(2)简化为以下方程(3)，算出扩散系数d：

(43)由分配系数方程(4)获得迁移物在聚合物和模拟液两相间的分配系数kp/f：

式中：mf,∞为达到迁移平衡时模拟液中的迁移量；vp为接触模拟液的聚合物材料的体积，单位为cm³；vf为模拟液的体积，单位为cm³。

优选的，所述abs塑料玩具中双酚a在37℃下模拟唾液和模拟汗液中的扩散系数d分别为4.6414×10^-13cm²s^-1和1.9319×10^-13cm²s^-1；分配系数kp/f分别为10877.4和16229.8。

优选的，所述abs中双酚a在模拟唾液和模拟汗液中的最大迁移量分别为3.28mg·kg^-1和2.18mg·kg^-1。

优选的，所述步骤(2)中，所述标准回收工作曲线为：y＝22608.3x+58.6239，相关系数为0.9995。

优选的，所述abs塑料中双酚a标准样品为直径14.6mm的片状，由双酚a化合物、抗氧化剂、抗静电剂、扩散剂与丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物混合后经熔融挤出并切片制成；所述步骤(3)具体为：取直径14.6mm的片状abs塑料中双酚a标准样品，三片为一份，用金属丝串起来，每片之间用玻璃珠间隔，金属丝低端弯曲成圈，制成样品串，并放入50ml带盖样品瓶中，加入20ml所述的模拟汗液或模拟唾液，甲醇定容10ml。

优选的，所述固相萃取条件为：选用orochemc18柱、supelcleanlc-18柱、cnwbondcoconutcharcoal柱、cleanertpa-spe柱、bondelut-certify柱、oasishlb柱、spe-paktc18柱或chromabcolumnseasy柱为固相萃取柱；选用乙腈、乙酸乙酯、正己烷、二氯甲烷或甲醇为提取剂；提取剂体积为2ml-15ml。

优选的，所述液相色谱-串联质谱检测方法中，色谱条件为：watersxbridgec18色谱柱，规格为2.1mm×150mm，i.d.3.5μm；流动相：a为0.1％氨水，b为甲醇；等度洗脱：0～2min，a为10％，b为90％；流量为0.30ml·min^-1；柱温为30℃；进样量为5μl；

质谱条件为：电喷雾负离子源；毛细管电压为2.5kv；射频透镜电压为0.5v；离子源温度150℃；去溶剂气温度500℃，去溶剂气流量500l·h^-1；锥孔气流量50l·h^-1；碰撞气体为纯度不小于99.999％的氩气，碰撞气压为3.2×10^-4kpa；数据采集模式：多反应监测；双酚a的质谱参数为：保留时间1.30min；监测离子对m/z(227.1/212.1)的锥孔电压30v，碰撞能量25ev；监测离子对m/z(227.1/133.1)的锥孔电压30v，碰撞能量28ev。

优选的，所述模拟汗液的配制方法为：称取氯化钠5.0g、尿素1.0g、乳酸1.0g，用适量去离子水溶解后，定容1l，用1％氨水调ph值为6.5±0.1；

所述模拟唾液的配制方法为：称取六水合氯化镁0.17g，二水合氯化钙0.15g，三水合磷酸一氢钾0.76g，碳酸钾0.53g，氯化钠0.33g，氯化钾0.75g，用适量去离子水溶解后，定容1l，用1％盐酸调ph值为6.8±0.1。

优选的，所述双酚a标准储备液的配制方法：称取适量纯度不小于98.5％的双酚a标准物质，精确到0.1mg，用甲醇配制成质量浓度为1000mg·l^-1的单标准储备溶液。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明选用含有双酚a的abs塑料样品作为研究对象，用液相色谱-串联质谱法对abs塑料玩具材料中内分泌干扰物双酚a在唾液和汗液中的迁移规律进行研究，建立了一种有效的塑料玩具中双酚a在体液中的迁移规律的研究方法，获取了双酚a的迁移模型(扩散系数和分配系数)，只要已知双酚a的总含量情况下，即能通过分配系数和扩散系数预测出双酚a的最大迁移量，具有检测效率高、省时省力且准确率高等优点，为降低进出口玩具的安全风险以及提高玩具进出口检测能力提供了技术支持，对减少劣质玩具对人身和环境的危害方面都具有十分重要的意义。

附图说明

图1是固相萃取条件优化图。

图2是不同模拟液中双酚a随时间迁移数据图。

图3是模拟唾液中mf,t/mp,0与t^0.5的比值。

图4是模拟汗液中mf,t/mp,0与t^0.5的比值。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。

实施例：

一种abs塑料玩具中双酚a在人体模拟液中迁移规律的研究方法，包括以下步骤：

(1)配制人体模拟液：包括配制模拟汗液和模拟唾液；

(2)配制双酚a标准储备液，并将双酚a标准储备液用甲醇逐级稀释成不同浓度的储备液，分别加入到混合模拟唾液和汗液中，按照固相萃取条件将提取液净化后用甲醇定容，采用液相色谱-串联质谱方测定双酚a的回收率，并建立标准回收工作曲线；

(3)准备abs塑料中双酚a标准样品，将标准样品放入带盖样品瓶中，并加入所述模拟汗液或模拟唾液，于37±2℃水浴下振荡，迁移时间10min～140h，按照固相萃取条件将提取液净化后用甲醇定容，采用液相色谱-串联质谱检测方法测定双酚a的迁移量；

(4)结合fick第二定律、扩散系数方程以及分配系数方程，通过设定不同的实验模拟条件，基于步骤(3)测得的迁移量，获得abs塑料中双酚a在人体模拟液中的迁移规律模型：扩散系数d和分配系数kp/f；

(5)通过步骤(4)获得的扩散系数d和分配系数kp/f，在已知双酚a的总含量情况下，即能预测出相平衡时双酚a的迁移规律：最大迁移量和相平衡时间。

具体实验分析过程如下：

1前期准备工作

1.1仪器与试剂

美国watersalliance2695型高效液相色谱仪；美国watersquattromicroapi型质谱仪；美国milliporemilli-q型超纯水器；瑞士buchir-3型旋转蒸发仪。

双酚a标准储备液：称取适量双酚a(纯度不小于98.5％)标准物质(精确到0.1mg)，用甲醇配制成质量浓度为1000mg·l^-1的单标准储备溶液。

abs塑料中双酚a标准样品：由东莞市诚标检测科技有限公司定制并采购(直径为14.6mm的片状，由双酚a化合物、抗氧化剂、抗静电剂、扩散剂与丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物混合后经熔融挤出并切片制形成)。

甲醇、二氯甲烷、乙腈、四氢呋喃、乙酸乙酯、正己烷、无水乙醇均为色谱纯，其它试剂为分析纯。

1.2仪器工作条件

1.2.1液相色谱条件

美国watersxbridgec18色谱柱(2.1mm×150mm，3.5μm)；流动相：a为0.1％氨水，b为甲醇；等度洗脱：0～2min，a为10％，b为90％。流量为0.30ml·min^-1；柱温为30；℃进样量为5μl。

1.2.2质谱条件

电喷雾负离子源(esi^-)；毛细管电压为2.5kv；射频透镜电压为0.5v；离子源温度150；℃去溶剂气温度500，℃去溶剂气流量500l·h^-1；锥孔气流量50l·h^-1；碰撞气体为氩气(纯度不小于99.999％)，碰撞气压为3.2×10^-4kpa；数据采集模式：多反应监测；双酚a的质谱参数为：保留时间1.30min；监测离子对m/z(227.1/212.1)的锥孔电压30v，碰撞能量25ev；监测离子对m/z(227.1/133.1)的锥孔电压30v，碰撞能量28ev。

2实验方法

2.1模拟汗液和模拟唾液配制

模拟汗液：准确称取氯化钠5.0g，尿素1.0g，乳酸1.0g，用适量去离子水溶解后，定容1l，用1％氨水调ph值为6.5±0.1。

模拟唾液：准确称取六水合氯化镁0.17g，二水合氯化钙0.15g，三水合磷酸一氢钾0.76g，碳酸钾0.53g，氯化钠0.33g，氯化钾0.75g，用适量去离子水溶解后，定容1l，用1％盐酸调ph值为6.8±0.1。

2.2测定双酚a迁移量

取直径为14.6mm的abs塑料中双酚a标准样品，三片为一份。用金属丝将样品片串起来形成样品串，每片之间用玻璃珠间隔，金属丝低端弯曲成圈；将制备好的样品串放入50ml带盖样品瓶中，确保样品片不与样品瓶底部接触。加入20ml模拟液(唾液或汗液)，盖上盖子，在(37±2)℃水浴下震荡10min～140h，按照固相萃取条件将提取液净化，用甲醇定容10ml，采用液相色谱-串联质谱方测定。

2.3建立标准回收工作曲线：按照试验方法，将双酚a标准储备液用甲醇逐级稀释成0.1mg·l^-1，0.2mg·l^-1，0.5mg·l^-1，1.0mg·l^-1，2.0mg·l^-1，5.0mg·l^-1，然后各取1ml，加入到混合模拟唾液和汗液中，按照固相萃取条件将提取液净化，用甲醇定容10ml，采用液相色谱-串联质谱方测定双酚a的回收率，得到0.01mg·l^-1，0.02mg·l^-1，0.05mg·l^-1，0.1mg·l^-1，0.2mg·l^-1，0.5mg·l^-1的标准回收工作曲线y＝22608.3x+58.6239，相关系数为0.9995。模拟唾液和汗液属于高盐分体系，会产生基体效应，影响测试结果，建立标准回收工作曲线是为了消除模拟唾液和汗液对整个实验过程的基体效应干扰。

2.4选取固相萃取条件

如图1所示，固相萃取条件的三个主要考察因素为固相柱的优化、提取剂的优化、提取体积的优化。所以，在两个条件不变的情况下，考察另一个条件。随机选取常用固相柱，型号spe-paktc18，用甲醇作为提取剂，按照试验方法，考察2ml、5ml、10ml、15ml、20ml不同提取体积下的双酚a的回收率，在使用5ml以上提取剂时，回收率趋于平衡，所以提取剂采用10ml为宜。选取8种常用固相萃取柱，orochemc18柱，supelcleanlc-18柱，cnwbondcoconutcharcoal柱，cleanertpa-spe柱，bondelut-certify柱，oasishlb柱，spe-paktc18柱，chromabcolumnseasy柱。以甲醇作为提取剂，提取剂体积为10ml，按照试验方法，考察不同固相柱下的双酚a的回收率，在使用spe-paktc18柱进行固相萃取时，回收效果最好，所以本实验采用spe-paktc18柱作为固相萃取柱。选取常用乙腈、乙酸乙酯、正己烷、二氯甲烷、甲醇五种提取剂，以spe-paktc18柱作为固相柱萃取柱，提取剂体积为10ml，按照试验方法，考察不同提取剂下的双酚a的回收率，甲醇作为提取剂时，回收效果最好。

2.5方法的精密度

按照2.2节方法，取1h、2h、3h模拟唾液和汗液提取液进行测定，平行做6份样品，计算方法的精密度rsd为3.66％-4.34％，见表1。

表1方法的精密度

2.6迁移规律的研究

2.6.1迁移模型

在多数情况下，化合物迁移如扩散过程，遵循fick扩散定律。现在常用fick第二定律的偏微分方程来描述化合物的迁移过程，即公式(1)：

式中：c是化合物在时间t(s)和位置x(cm)的迁移量；d是化合物在聚合物中的扩散系数(cm²/s)。

对于迁移过程的描述，首先假设以下基本条件：

1)初始时刻，迁移物在聚合物中均匀分布，而模拟物中不含任何迁移物；2)迁移物只从聚合物的一侧进入模拟物；3)迁移物在模拟物中没有浓度梯度；4)表面传质系数远大于扩散系数，说明聚合物中的迁移过程符合fick扩散行为；5)迁移过程中的扩散系数d和分配系数kp,f为常数；6)忽略聚合物与模拟物间的边界效应及相互作用。

化合物的迁移过程可以用方程(1)的解来表示不同假设、初始、边界条件下的迁移过程。

聚合物中化合物的迁移常用方程(1)的解以及方程(2)来描述：

式中：mf,t(mg)为t时刻迁移物进入模拟物的迁移量；mf,l(mg)为整个迁移过程中迁移物进入模拟液的迁移量；lp(cm)为聚合物的厚度。

对于短时间迁移，ierfc[nlp/(dt)^0.5]→0，即模拟物初始时刻不含迁移物，mf,l＝mp,0，mp,0为聚合物中迁移物的初始含量，所以方程(2)可简化为：

从聚合物到模拟物的迁移过程主要由动力学因素扩散系数(d)和热力学因素分配系数(kp/f)决定。扩散系数是衡量迁移物在聚合物的模拟物两相间的扩散情况，分配系数决定迁移平衡时的迁移物在两相的分配情况。扩散系数(d)可由方程(3)获得，分配系数(kp/f)可由方程(4)获得。

式中：vp为接触模拟物的聚合物材料的体积，单位cm³；vf为模拟物的体积，单位cm³。

2.6.2abs塑料玩具中双酚a在人体模拟液中的迁移模型(包括扩散系数d和分配系数kp/f)的建立

从上述迁移模型可知，从聚合物到模拟物的迁移过程主要由扩散系数(d)和分配系数(kp/f)决定。迁移过程的扩散系数d可依据方程(3)用mf,t/mp,0与t^1/2的斜率求得，如图3和图4所示，求得双酚a在模拟唾液和模拟汗液中的扩散系数d分别为4.6414×10^-13(cm²s^-1)和1.9319×10^-13(cm²s^-1)。同样，迁移过程的分配系数(kp/f)可依据方程(4)求得，可得双酚a在模拟唾液和模拟汗液中的分配系数kp/f分别为10877.4和16229.8。

2.6.3测定双酚a在模拟体液中的迁移数据

abs塑料中双酚a标准样品中双酚a的总量为1282mg·kg^-1。按照2.2节方法测定目标样品的迁移量，如图2所示。从图2可看出，模拟唾液和模拟汗液中双酚a迁移含量变化趋势一致，都随着迁移时间的延长迁移量逐渐增大，最后在120h内达到化学平衡。由于汗液和唾液的成分和ph不同，造成迁移含量差异。通过双酚a在模拟唾液和模拟汗液中的分配系数kp/f分别为10877.4和16229.8，可估算出模拟唾液和模拟汗液中双酚a的最大迁移量分别为3.28mg·kg^-1和2.18mg·kg^-1。

综上，依据fick扩散定律和得到的扩散系数d和分配系数kp/f，abs塑料玩具中双酚a在37℃下经模拟唾液和模拟汗液的迁移模型就可建立，再根据迁移模型及玩具中双酚a的总量就可预测双酚a的迁移规律和其最大迁移量。无须逐个做迁移实验，从而将理论与实践很好的结合，达到节约时间和成本的目的。